實驗設計——探究單液原電池的電流和溫度變化

一、設計思路

數字化實驗中可以同時使用多個感測器，本次實驗使用電流感測器和溫度感測器探究在單液銅鋅原電池中電流和溫度的變化。

1、實驗目的

·測量銅鋅稀硫酸原電池反應過程的電流。

·測量銅鋅稀硫酸原電池反應的過程的溫度變化。

·證明單液原電池中電流隨時間的衰減。

2、實驗原理

將化學能變為電能的裝置稱為原電池，原電池電極反應都可分解為2個半反應———負極反應 （氧化反應）和正極反應 （還原反應），銅鋅原電池中，鋅為負極，銅為正極。鋅片向外電路放出電子，銅片從外電路得到電子，在2個電極之間的電解液中，正離子向正極移動，負離子向負極移動形成電流迴路。

3、實驗用品

實驗試劑：鋅片、銅片、H2SO4（1.0mol／L）。

實驗儀器：電流感測器、溫度感測器、數據採集器、計算機、Logger pro軟體、導線、燒杯。

圖為電流感測器。

圖為不鏽鋼溫度感測器。

圖為數據採集器。

4、實驗過程

（1）配製1mol/L的H2SO4溶液；

（2）用砂紙打磨鋅片和銅片；

（3）將銅片和鋅片用導線分別連接上電流感測器，如圖1所示；

（4）將溫度感測器放入電解液中，如圖1所示；

（5）將點擊採集按鈕，開始採集數據。

（6）保存數據，清洗儀器，回收藥品。

圖1 實驗裝置示意圖

5、預期實驗現象

A.電流曲線隨時間推移會有略微下降。解釋：

（1）反應中我們能明顯看到，不僅銅片表面有氣泡生成，鋅片表面也有大量氣泡，說明電子轉移的效率並不高；

（2）隨反應的進行，H+、Zn2+向正極（銅片）移動，SO2-向負極（鋅片）移動，但每種離子在溶液中的遷移速率不同，會產生電勢差，兩級之間形成液接電勢（它是由於正負離子的擴散速率不同而形成的，因此也叫擴散電勢），阻礙電流的形成；

（3）隨反應的進行，鋅片不斷溶解，周圍Zn2+增多，負極鋅片周圍的溶液帶正電荷阻止鋅進一步失去電子變成Zn2+進入溶液，銅片附近，H+得電子變成氫氣，使得銅片周圍H+減少，SO2-過多，銅片周圍溶液帶負電，阻止H+進一步得電子。以上原因都能夠造成原電池的電流減弱。

B.溫度曲線逐漸上升。解釋：

該原電池的反應原理是Zn+2H+= Zn2++H2，該反應是放熱反應。剛才也提到，反應過程中我們能明顯看到，不僅銅片表面有氣泡生成，鋅片表面也有大量氣泡，說明雖然通過原電池這個裝置化學能轉化為了電能，但在轉移的過程中，還是有一部分能量轉化為了熱能。

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